灰铸铁焊接工艺介绍

灰铸铁焊接工艺介绍

1灰铸铁的分类及其性能

1.1铸铁分类

根据碳的存在形式及石墨形态不同,可将铸铁分为：灰铸铁、白口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁;

灰铸铁中的碳全部或大部分以片状石墨形态存在,其断口呈灰色;由于片状石墨对基体有严重的割裂作用,故灰铸铁的强度低、塑性差；但灰铸铁抗压强度高、耐磨性好、减振性好、收缩率低、流动性好,且成本低廉,可以铸造形状复杂的机械零件,至今仍是工业中应用最广泛的一种铸铁;

白口铸铁中碳绝大部分以渗碳体（Fe3C）的形态存在,其断口呈白亮色,故称之为“白口铸铁”;渗碳体性能硬而脆,其硬度为800HBW左右,因而白口铸铁切削加工困难,主要用于炼钢原料,很少用于制造机械零件;

球墨铸中石墨以球状形式存在,是在高温铁液中加入球化剂（稀土金属等）经球化处理后获得的,其强度接近于碳钢,具有良好的耐磨性和一定的塑性,并能通过热处理改变性能,可以用来制造力学性能要求较高的铸件,并可在一定范围内代替碳钢或合金钢来制造某些强度要求较高或形状较为复杂的铸件;

可锻铸铁中石墨以团絮状形式存在,是有一定成分的白口铸铁经长时间石墨化退火获得的;它与灰铸铁相比,具有较好的强度和塑性,耐磨性和减振性优于碳钢,适于制造形状复杂、受冲击载荷的薄壁铸件;

蠕墨铸铁中石墨以蠕虫状形式存在,生产方式与球墨铸铁相似,具有比灰铸铁强度高、比球墨铸铁铸造性能好、耐热疲劳性能好的优点,主要用来制造大功率柴油机气缸盖等;

在铸铁焊接中,应用得最多的是灰铸铁的焊接,球墨铸铁次之,可锻铸铁最少;

1.2灰铸铁的化学成分

灰铸铁以片状石墨的形态存在于珠光体、铁素体或二者按不同比例混合的基体组织中;其断口呈灰色,且因此得名;石墨的力学性能比较低,使金属基体承受负荷的有效截面积减少,而且片状石墨使应力集中严重,因而使灰铸铁的力学性能不高,灰铸铁的石墨形式是以不同的数量、长短及粗细分布于基体中,因而对灰铸铁的力学性能产生很大的影响;灰铸铁分≥HT250与≤HT220,其密度分别为7.35g/cm;与7.2g/m

灰铸铁按其组织可看成是碳钢的基体加片状石墨;按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁、铁素体—珠光体基体灰铸铁、珠光体基体灰铸铁（F基体灰铸铁、F+P基灰铸铁、P基体灰铸铁）;常用灰铸铁的化学成分为C2.6%～3.8%,Si1.2%～3.0%,Mn0.4%～1.2%,P ≤0.4%,S≤0.15%;同一牌号的灰铸铁,薄壁件（壁厚<10mm）的C,Si量高于厚壁件;

1.3灰铸铁的物理性能、力学性能

灰铸铁的牌号是由“HT”（“灰铁”两字汉语拼音字首）和最小抗拉强度σb 值（用φ30mm 试棒的搞拉强度）表示;例如牌号HT250表示φ30mm试棒的最小抗拉强度值为250MPa的灰铸铁;设计铸件时,应根据铸件受力处的主要壁厚或平均壁厚选择铸铁牌号;

灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关;灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重,在石墨尖角处易造成应力集中,使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢,但抗压强度与钢相当,也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁;同时,基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响,铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大,强度和硬度最低,故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小,有较高的强度和硬度,主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大,性能不如珠光体灰铸铁;故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁;灰铸铁几乎无塑性及韧性;

2：H235和H255所预计的硬度值相当于质量＜200Kg,且壁厚＜20mm的铸件硬度

1.4灰铸铁的使用性能及其所对应用途

灰铸铁的使用性能与其化学成分和组织有密切的联系;其主要有分为以下几种：

a优良的铸造性能

由于灰铸铁的化学成分接近共晶点,所以铁水流动性好,可以铸造非常复杂的零件;另外,由于石墨比容较大,使铸件凝固时的收缩量减少,可简化工艺,减轻铸件的应力并可得到致密的组织;

b优良的耐磨性和消震性

石墨本身具有润滑作用,石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油,使铸件有良好的耐磨性;此外,由于铸件中带有硬度很高的磷共晶,又能使抗磨能力进一步提高,这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要意义;

石墨可以阻止后动的传播,灰铸铁的消夸大能力是钢的10倍,常用来制作承受振动的机床底座; c较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能

灰铸铁中由于石墨的存在,相当于存在很多小的缺口时表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性,因此,表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小,但其疲劳强度比钢要低;由于铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减障作用,所以其可切削加工性能是优良的;

d灰铸铁的机械性能

灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素钢,如表所示;灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织;灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍,这是灰铸铁的一种特性;

因此,与其把灰铸铁用作抗拉零件还不如做耐压零件更适合;这就是广泛用作机床床身和支柱受耐压零件的原因;灰铸铁的牌号所对应的特性及应用条件如下表表2-2所示：

2灰铸铁的焊接性

铸铁焊接中灰铸铁的焊接最为常见;灰铸铁在化学成分上的特点是碳高及S、P杂质高,这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及冷热裂纹的敏感性;在力学性能上的特点是强度低,基本无塑性;焊接过程具有冷速快及焊件受热不均匀而形成焊接应力较大的特殊性;这些因素导致焊接性不良;主要问题两方面：一方面是焊接接头易出现白口及淬硬组织;另一方面焊接接头易出现裂纹;

2.1焊接接头的白口组织

灰铸铁焊接时,由于熔池体积小,存在时间短,加之铸铁内部的热传导作用,使得焊缝及近缝区的冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度;因此,在焊接接头的焊缝及半熔化区将会产生大量的渗碳体,形成白口铸铁组织;

焊接接头中产生白口组织的区域主要是焊缝区、半熔化区和奥氏体区;现在分别予以讨论; 2.1.1焊缝区

当焊缝成分与灰铸铁铸件（即同质焊缝）成分相同时,则在一般电弧焊情况下,由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度,焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体,即焊缝基本为白口铸铁组织;

焊缝为铸铁时我们一般采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度（如：增大线能量）或调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力;